Почти у всех живых существ есть биологические часы, регулирующие работу организма в зависимости от времени суток, и растения тут не исключение. В конце концов, для кого ещё, как не для них, важно чувствовать, день на дворе или ночь, — ведь фотосинтез напрямую зависит от солнечного света.

Резухови́дка Та́ля (лат. Arabidópsis thaliána)Однако если у животных ведущую роль в организации циркадных ритмов играет мозг, то что управляет этими ритмами у растений, не имеющих нервной системы?

Алекс Уэбб (Alex Webb) из Кембриджа (Великобритания) вместе с коллегами поставил опыт, в котором лишал растения Arabidopsis thaliana углекислого газа, и в результате исследователи пришли к выводу, что суточный ритм растениям задают те самые сахара, что синтезируются в ходе фотосинтеза. Точнее — изменения в их концентрации.

В статье, опубликованной в Nature, исследователи пишут о гене PRR7, который активизировался к утру, но зависел при этом от концентрации сахаров. Мутанты по этому гену были нечувствительны к колебаниям сахарозы; в свою очередь, без доступа углекислого газа, то есть при подавлении фотосинтеза, внутренние часы растений расстраивались и начинали опаздывать на 2–3 часа. 

То есть колебания углеводов позволяли настроить метаболизм и физиологию растений перед рассветом, чтобы они могли встретить солнце готовыми к фотосинтезу.

Получается простой и эффективный способ управления циркадными ритмами, когда растение сверяется с временем суток с помощью продуктов фотосинтеза, который сам же от времени суток и зависит.

Подготовлено по материалам Кембриджского университета. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Учёные проанализировали молекулярно-генетические отличия мозга человека от мозга обезьян.

Хотя у шимпанзе мозг в два раза меньше, чем у человека, учёные полагают, что главные отличия нашего мозга от обезьяньего — качественные, а не количественные (фото Bettmann / Corbis)Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) сумели подтвердить гипотезу о том, что развитие мозга приматов не столько увеличивало его, сколько усложняло его архитектуру. Учёные использовали образцы, взятые у человека, шимпанзе и макаки-резус из трёх зон: лобных долей, гиппокампа и полосатого тела. (В будущем авторы работы собираются повторить исследования с другими участками мозга.) Сравнивали, однако, не саму нервную ткань, а активность генов, которую оценивали по спектру мРНК.

Как пишут исследователи в статье, опубликованной в журнале Neuron , наибольшие различия были найдены в лобных долях, наименьшие — в древнем полосатом теле. У человека, по сравнению с обезьянами, во много раз усложнилась схема генетической активности в нейронах лобных долей. И в первую очередь это касается генов, отвечающих за синаптическую пластичность , которая лежит в основе обучаемости и вообще высших когнитивных функций.

Особенное внимание исследователей привлёк ген CLOCK, который считается главным регулятором циркадного ритма, а нарушения в его работе сопутствуют психоневрологическим болезням вроде биполярного расстройства . По-видимому, у CLOCK есть дополнительные функции, не связанные с суточным ритмом, — учёные полагают, что CLOCK организует работу разных генетических комплексов, в том числе тех, что обеспечивают наше отличие от остальных приматов.

Также по сравнению с обезьянами у человека более тесно взаимодействуют гены, управляемые FOXP1 и FOXP2. Об этой паре обычно вспоминают, когда речь заходит о способности говорить и понимать чужую речь.

Гены, отвечающие за размер мозга, в поле зрения исследователей не попали. То есть эволюционный скачок от обезьяны к человеку произошёл, очевидно, за счёт усложнения молекулярных взаимодействий между генами, с помощью изменений в активности генов-операторов, которые этими взаимодействиями управляют. А уж молекулярно-генетические изменения повлекли за собой перестройки в архитектуре.

Но совсем сбрасывать со счетов изменения в объёме мозга нельзя: всё-таки у шимпанзе он в два раза меньше, чем у человека. Но при этом учёные делают вывод, что главные отличия человеческого мозга от обезьяньего относятся всё же к характеристикам качественным, а не количественным.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Первые биологические часы появились вместе с фотосинтезом и подчинялись не смене дня и ночи, а изменениям концентрации кислорода в клетке.

Появление биологических часов у живых организмов случилось из-за накопления в атмосфере кислорода — к такому выводу пришли исследователи из Кембриджского университета (Великобритания). Статью, в которой они рассказывают, как доискивались происхождения суточного ритма, учёные опубликовали в журнале Nature. Биологические часы, как известно, есть почти у всех живых организмов, от одноклеточных водорослей до человека. Они выставлены на 24-часовой цикл, который может поддерживаться даже при отсутствии внешней коррекции в виде смены дня и ночи. Однако солнечный свет служит ключевым регулятором циркадного ритма, и гены, управляющие этим ритмом, обычно учитывают показания «оптических датчиков», то есть специальных фоторецепторов в глазу.

Несмотря, однако, на всеобщность, у разных организмов суточные ритмы устроены по-разному. То есть гены циркадного ритма у растений, дрозофил и, например, млекопитающих различаются довольно сильно. В связи с этим исследователи полагают, что биологические часы возникали в ходе эволюции неоднократно (по меньшей мере раз пять) у разных групп организмов. Но на этот раз учёные обратили внимание на гены пероксиредоксинов — ферментов, которые есть опять же почти у каждого живого существа на планете. Эти белки участвуют в обезвреживании опасных кислородных радикалов, образующихся в результате клеточного дыхания. Год назад эта же группа исследователей из Кембриджа сообщала, что уровень пероксиредоксинов в клетках морских водорослей и эритроцитах человека меняется по одинаковому ритму. И ритм этот, как легко догадаться, 24-часовой.

В новой работе учёные проанализировали динамику пероксиредоксинов среди более широко набора организмов: уровень ферментов измеряли у мышей, дрозофил, растений, бактерий и архебактерий. Оказалось, что активность генов пероксиредоксинов не зависит от солнечного света, без которого, как принято считать, биологические часы разлаживаются. Это навело исследователей на мысль, что пероксиредоксиновый ритм представляет собой какие-то другие, метаболические часы, не зависящие от остальных суточно-ритмических механизмов. Мутации, которые расстраивали обычный циркадный ритм, на колебаниях активности генов пероксиредоксинов никак не сказывались.

Вместе с тем учёные не считают, что метаболический и обычный световой суточные ритмы абсолютно независимы друг от друга. Вряд ли изменения в активности касаются только генов пероксиредоксинов; скорее всего, тут задействован ещё ряд ферментов, которые среди прочего могут выполнять связующую функцию между двумя системами суточного цикла. Однако специфика работы метаболических часов стала поводом для смелого предположения, что пероксиредоксины некогда были самыми первыми биологическими часами.

Вместе с «открытием» бактериями фотосинтеза 2,5 млрд лет назад им срочно понадобились системы, которые обезвреживали бы опасные продукты кислородных реакций. Появление фотосинтеза привело, как известно, к кислородной катастрофе, после которой те, кто не мог жить в новой атмосфере, вымерли или ушли в тень. Для реакции фотосинтеза необходим свет, но первоначально суточный ритм, по предположению учёных, подчинялся именно колебанию концентрации кислорода. И лишь потом биологические часы взяли за образец смену дня и ночи.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА